第七章-現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染治理

1、第七章第七章 現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染治理治理現(xiàn)代生物技術(shù)概況現(xiàn)代生物技術(shù)概況基因工程與環(huán)境污染治理基因工程與環(huán)境污染治理細(xì)胞工程與環(huán)境污染治理細(xì)胞工程與環(huán)境污染治理酶學(xué)工程與環(huán)境污染治理酶學(xué)工程與環(huán)境污染治理發(fā)酵工程與環(huán)境污染治理發(fā)酵工程與環(huán)境污染治理生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 現(xiàn)代生物技術(shù)的概述現(xiàn)代生物技術(shù)的概述7.1.17.1.1、現(xiàn)代生物技術(shù)概述、現(xiàn)代生物技術(shù)概述一、一、 生物技術(shù)（生物技術(shù)（BiotechnologyBiotechnology）是指利用生物有機(jī)體或組成部分）是指利用生物有機(jī)體或組成部分發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系。

2、發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系?；蚬こ蹋汉怂岬姆蛛x、提取、體外剪切、拼接重組基因工程：核酸的分離、提取、體外剪切、拼接重組以及擴(kuò)增與表達(dá)等技術(shù)。以及擴(kuò)增與表達(dá)等技術(shù)。細(xì)胞工程：細(xì)胞的離體培養(yǎng)、繁殖、再生、融合，細(xì)細(xì)胞工程：細(xì)胞的離體培養(yǎng)、繁殖、再生、融合，細(xì)胞核、質(zhì)、器的移植改建。胞核、質(zhì)、器的移植改建。酶工程：利用酶的特異催化功能，借助固定化，生物酶工程：利用酶的特異催化功能，借助固定化，生物反應(yīng)器等新技術(shù)生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)反應(yīng)器等新技術(shù)生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)酵工程：為微生物提供最適宜的發(fā)酵條件，生產(chǎn)特發(fā)酵工程：為微生物提供最適宜的發(fā)酵條件，生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)定產(chǎn)品的技術(shù) 生物在生長(zhǎng)、發(fā)育

3、與繁殖過程中進(jìn)行物質(zhì)合成、生物在生長(zhǎng)、發(fā)育與繁殖過程中進(jìn)行物質(zhì)合成、降解和轉(zhuǎn)化的能力。降解和轉(zhuǎn)化的能力。 生物技術(shù)的核心基礎(chǔ)是基因工程和細(xì)胞工程。生物技術(shù)的核心基礎(chǔ)是基因工程和細(xì)胞工程。 不可取代不可取代 快速、精確快速、精確 低耗、高效低耗、高效 副產(chǎn)物、副作用小副產(chǎn)物、副作用小 安全性好安全性好 v 目前發(fā)達(dá)國(guó)家目前發(fā)達(dá)國(guó)家中經(jīng)營(yíng)石油，化工，醫(yī)藥，中經(jīng)營(yíng)石油，化工，醫(yī)藥，釀造和種子等產(chǎn)業(yè)的公司無一例外地都競(jìng)相釀造和種子等產(chǎn)業(yè)的公司無一例外地都競(jìng)相開展生物技術(shù)的研究和發(fā)展生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。開展生物技術(shù)的研究和發(fā)展生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。v 我國(guó)生物技術(shù)目前發(fā)展的重點(diǎn)我國(guó)生物技術(shù)目前發(fā)展的重點(diǎn)：為進(jìn)一步：為

4、進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和抗逆的動(dòng)植物新品發(fā)展農(nóng)業(yè)培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和抗逆的動(dòng)植物新品種：為防治嚴(yán)重疾病研制新型疫苗和藥物：種：為防治嚴(yán)重疾病研制新型疫苗和藥物：為醫(yī)藥、食品化工和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟新途徑開為醫(yī)藥、食品化工和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟新途徑開發(fā)蛋白質(zhì)工程技術(shù)。發(fā)蛋白質(zhì)工程技術(shù)。7.1.27.1.2、現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)、現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用前景用前景 就是應(yīng)用于認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境問題過程的生物技術(shù)就是應(yīng)用于認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境問題過程的生物技術(shù)體系、包括對(duì)環(huán)境污染效應(yīng)的認(rèn)識(shí)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和體系、包括對(duì)環(huán)境污染效應(yīng)的認(rèn)識(shí)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境污染的生物處理技術(shù)等。環(huán)境污染的生物處理技術(shù)等。 生物技

5、術(shù)最早應(yīng)用于環(huán)境污染治理的是利用農(nóng)業(yè)廢物生物技術(shù)最早應(yīng)用于環(huán)境污染治理的是利用農(nóng)業(yè)廢物漚制堆肥。漚制堆肥。 廢水生物處理主要方法廢水生物處理主要方法活性污泥法已經(jīng)過活性污泥法已經(jīng)過8080余年余年的歷程。的歷程。第二節(jié)第二節(jié) 基因工程與環(huán)境污染生物基因工程與環(huán)境污染生物治理治理7.2.17.2.1、基因工程分子生物學(xué)基礎(chǔ)、基因工程分子生物學(xué)基礎(chǔ)v DNADNA是由大量的脫氧核糖核苷酸組成的生物大分子?？墒怯纱罅康拿撗鹾颂呛塑账峤M成的生物大分子?？勺儾糠质瞧鋲A基序列，嘌呤和嘧啶堿基攜帶遺傳信息變部分是其堿基序列，嘌呤和嘧啶堿基攜帶遺傳信息, ,糖和磷酸基則起結(jié)構(gòu)作用。（四種堿基：腺嘌呤糖和磷酸基

6、則起結(jié)構(gòu)作用。（四種堿基：腺嘌呤A A、鳥、鳥嘌呤嘌呤G G、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶T T、胞嘧啶、胞嘧啶C C）v 基因是基因是DNADNA分子上的一個(gè)特定的片段，不同基因的遺傳分子上的一個(gè)特定的片段，不同基因的遺傳信息有各自片段的堿基排列順序所決定。信息有各自片段的堿基排列順序所決定。v 基因通過轉(zhuǎn)錄出的信息是核糖核酸指導(dǎo)基因通過轉(zhuǎn)錄出的信息是核糖核酸指導(dǎo)mRNAmRNA合成特定的合成特定的蛋白質(zhì)，使基因的以表達(dá)，完成特定的生命活動(dòng)。蛋白質(zhì)，使基因的以表達(dá)，完成特定的生命活動(dòng)。7.2.27.2.2、基因工程的基本過程、基因工程的基本過程 要進(jìn)行基因片段的剪切和拼接，首先需要能在特定要進(jìn)行基因片

7、段的剪切和拼接，首先需要能在特定位置上切割位置上切割DNADNA分子的限制性內(nèi)切酶核能將分子的限制性內(nèi)切酶核能將DNADNA片段連片段連接在一起的接在一起的DNADNA連接酶。連接酶。 每種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在其中每種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在其中特定的切點(diǎn)上切割特定的切點(diǎn)上切割DNADNA分子，把兩種來源不同的分子，把兩種來源不同的DNADNA用用同一種限制酶來切，然后讓兩者的末端粘起來，在用同一種限制酶來切，然后讓兩者的末端粘起來，在用DNADNA連接酶將其連接起來，就可以組成重組連接酶將其連接起來，就可以組成重組DNADNA分子分子v要將一個(gè)外源的基因送入受體細(xì)

8、胞，需要有運(yùn)輸工要將一個(gè)外源的基因送入受體細(xì)胞，需要有運(yùn)輸工具，這就是載體。具，這就是載體。v常用載體有：質(zhì)粒，噬菌體，動(dòng)植物病毒。常用載體有：質(zhì)粒，噬菌體，動(dòng)植物病毒。v質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，首先由于其上有某質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，首先由于其上有某一限制酶的單一切點(diǎn)，用同種酶切斷的外源一限制酶的單一切點(diǎn)，用同種酶切斷的外源DNADNA片段片段插入該質(zhì)粒的切口，就組成了重組插入該質(zhì)粒的切口，就組成了重組DNADNA分子。其次由分子。其次由于質(zhì)粒上有選擇性標(biāo)記，可以根據(jù)受體細(xì)胞是否具有于質(zhì)粒上有選擇性標(biāo)記，可以根據(jù)受體細(xì)胞是否具有該種標(biāo)記來判斷受體細(xì)胞是否獲得了該重組質(zhì)粒。因該種標(biāo)記來

9、判斷受體細(xì)胞是否獲得了該重組質(zhì)粒。因此質(zhì)粒在基因工程中得以廣泛應(yīng)用。此質(zhì)粒在基因工程中得以廣泛應(yīng)用。1 1、從基因組直接分離目的基因、從基因組直接分離目的基因常用鳥槍法，用限制酶將某種生物的常用鳥槍法，用限制酶將某種生物的DNADNA切成片段并分切成片段并分別加入載體，對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化，讓外源別加入載體，對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化，讓外源DNADNA所有的片所有的片段都在宿主細(xì)胞中大量擴(kuò)增，在篩選出有目的基因的轉(zhuǎn)段都在宿主細(xì)胞中大量擴(kuò)增，在篩選出有目的基因的轉(zhuǎn)化細(xì)胞。該法有一定的盲目性，工作量大?；?xì)胞。該法有一定的盲目性，工作量大。2 2、酶促合成法、酶促合成法將真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的全部將真核細(xì)胞基

10、因轉(zhuǎn)錄的全部RNARNA提取出來，在體外經(jīng)反提取出來，在體外經(jīng)反轉(zhuǎn)錄酶的作用，生成與轉(zhuǎn)錄酶的作用，生成與mRNAmRNA互補(bǔ)的互補(bǔ)的DNADNA，即，即cDNAcDNA，再將，再將cDNAcDNA酶切后載入載體，建立酶切后載入載體，建立cDNAcDNA文庫(kù)，篩選出目的基因。文庫(kù)，篩選出目的基因?；?qū)σ阎塑账犴樞虻哪康幕颍ㄟ^聚合酶鏈反應(yīng)或?qū)σ阎塑账犴樞虻哪康幕?，通過聚合酶鏈反應(yīng)（PCRPCR）技術(shù)直接合成。）技術(shù)直接合成。用同一種限制酶切割含有目的基因的外源用同一種限制酶切割含有目的基因的外源DNADNA和載和載DNA,DNA,產(chǎn)生相同的粘性末端，在產(chǎn)生相同的粘性末端，在DNADNA連

11、接酶的作用下，形連接酶的作用下，形成完整的重組成完整的重組DNADNA分子。分子。在體外完成的在體外完成的DNADNA的重組后，一般將重組的的重組后，一般將重組的DNADNA分子分子導(dǎo)入受體細(xì)胞讓目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)?；蚬?dǎo)入受體細(xì)胞讓目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)?；蚬こ讨谐Ｓ玫氖荏w細(xì)胞是大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌程中常用的受體細(xì)胞是大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞。和動(dòng)植物細(xì)胞。將目的基因在入載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞后，必須對(duì)目的基將目的基因在入載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞后，必須對(duì)目的基因進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)細(xì)胞中以攝入重組的因進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)細(xì)胞中以攝入重組的DNADNA分子。檢測(cè)分子。檢測(cè)方法一般有

12、遺傳學(xué)方法、原位雜交法和免疫學(xué)方法。方法一般有遺傳學(xué)方法、原位雜交法和免疫學(xué)方法。目的基因在受體細(xì)胞中的表達(dá)，受到許多因素的表達(dá)。目的基因在受體細(xì)胞中的表達(dá)，受到許多因素的表達(dá)。目的基因的閱讀框架必須與載體目的基因的閱讀框架必須與載體DNADNA的啟示密碼相吻合。的啟示密碼相吻合。要有適當(dāng)?shù)膯?dòng)子保證目的基因的正確轉(zhuǎn)錄。要有適當(dāng)?shù)膯?dòng)子保證目的基因的正確轉(zhuǎn)錄?；虻牡鞍桩a(chǎn)物有時(shí)還需要經(jīng)過修飾和加工才能成為基因的蛋白產(chǎn)物有時(shí)還需要經(jīng)過修飾和加工才能成為有活性的功能蛋白。有活性的功能蛋白。7.2.37.2.3基因工程在環(huán)境生物處理中的應(yīng)用基因工程在環(huán)境生物處理中的應(yīng)用集中與創(chuàng)造與目的基因，提供綜合

13、性代謝新污染的通集中與創(chuàng)造與目的基因，提供綜合性代謝新污染的通路和雜種細(xì)胞。路和雜種細(xì)胞。提高代謝通路結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，針對(duì)新的污染物，改提高代謝通路結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，針對(duì)新的污染物，改變表達(dá)的調(diào)節(jié)方式。變表達(dá)的調(diào)節(jié)方式?？刂平到馔緩降南拗菩圆襟E，提高分解代謝酶的合成控制降解途徑的限制性步驟，提高分解代謝酶的合成或其他生化反應(yīng)過程效率或其他生化反應(yīng)過程效率防止有毒中污染物的產(chǎn)生，防止非需要產(chǎn)品的出現(xiàn)，防止有毒中污染物的產(chǎn)生，防止非需要產(chǎn)品的出現(xiàn)，用確定的基因?qū)崿F(xiàn)最初的目的。用確定的基因?qū)崿F(xiàn)最初的目的。降解鹵代芳烴的基因工程菌降解鹵代芳烴的基因工程菌分解尼龍寡聚物的基因工程菌分解尼龍寡聚物的基因工程

14、菌分解多糖的基因工程菌分解多糖的基因工程菌抗金屬基因工程菌抗金屬基因工程菌除草劑降解基因工程菌除草劑降解基因工程菌殺蟲劑降解基因工程菌殺蟲劑降解基因工程菌第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞工程與環(huán)境污染生物細(xì)胞工程與環(huán)境污染生物處理處理7.3.1 7.3.1 細(xì)胞工程概述細(xì)胞工程概述細(xì)胞工程是利用細(xì)胞學(xué)技術(shù)，有計(jì)劃地改造細(xì)胞細(xì)胞工程是利用細(xì)胞學(xué)技術(shù)，有計(jì)劃地改造細(xì)胞遺傳結(jié)構(gòu)，從而培育出人們所需要的生物品種或遺傳結(jié)構(gòu)，從而培育出人們所需要的生物品種或具有某些新性狀的細(xì)胞群體。具有某些新性狀的細(xì)胞群體。細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)：即使細(xì)胞在繼續(xù)體外生長(zhǎng)和繁殖。：即使細(xì)胞在繼續(xù)體外生長(zhǎng)和繁殖。細(xì)胞融合細(xì)胞融合：在一定條件下，

15、將兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞融：在一定條件下，將兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞融合為一個(gè)細(xì)胞的過程，又稱細(xì)胞雜交。合為一個(gè)細(xì)胞的過程，又稱細(xì)胞雜交。細(xì)胞重組細(xì)胞重組：在體外條件下，運(yùn)用試驗(yàn)技術(shù)從活細(xì)胞中：在體外條件下，運(yùn)用試驗(yàn)技術(shù)從活細(xì)胞中分離出各種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)或組件，再根據(jù)需要把它們?cè)诜蛛x出各種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)或組件，再根據(jù)需要把它們?cè)诓煌募?xì)胞之間重新進(jìn)行裝配，成為具有生物活性的不同的細(xì)胞之間重新進(jìn)行裝配，成為具有生物活性的細(xì)胞。細(xì)胞。遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移：基因在細(xì)胞水平上的轉(zhuǎn)移。：基因在細(xì)胞水平上的轉(zhuǎn)移。7.3.2 7.3.2 細(xì)胞融合構(gòu)建環(huán)境工程菌細(xì)胞融合構(gòu)建環(huán)境工程菌1.1.概念：原生質(zhì)體（概念：原生質(zhì)體（Prot

16、oplastProtoplast）v細(xì)胞質(zhì)壁分離后去掉細(xì)胞壁所余下的那部分結(jié)構(gòu)細(xì)胞質(zhì)壁分離后去掉細(xì)胞壁所余下的那部分結(jié)構(gòu)稱為原生質(zhì)體。稱為原生質(zhì)體。v原生質(zhì)體具有原有細(xì)胞全部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與生理性原生質(zhì)體具有原有細(xì)胞全部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與生理性能，但無細(xì)胞壁，細(xì)胞呈球形，對(duì)滲透壓敏感，能，但無細(xì)胞壁，細(xì)胞呈球形，對(duì)滲透壓敏感，對(duì)外界理化因子比較敏感對(duì)外界理化因子比較敏感。v在外界理化融合因子的誘導(dǎo)下，不同物種間的在外界理化融合因子的誘導(dǎo)下，不同物種間的原生質(zhì)體的質(zhì)膜相互融合雜交，并在適當(dāng)?shù)臈l件原生質(zhì)體的質(zhì)膜相互融合雜交，并在適當(dāng)?shù)臈l件下，融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁并恢復(fù)原來完下，融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞

17、壁并恢復(fù)原來完整的細(xì)胞形態(tài)與群落形態(tài)，構(gòu)成具有多種遺傳性整的細(xì)胞形態(tài)與群落形態(tài)，構(gòu)成具有多種遺傳性狀的新物種。故可利用原生質(zhì)體融合來構(gòu)建新物狀的新物種。故可利用原生質(zhì)體融合來構(gòu)建新物種。種。2.2.原生質(zhì)體融合方法原生質(zhì)體融合方法選擇兩種合適于充足的親本菌株，選選擇兩種合適于充足的親本菌株，選定適宜的遺傳標(biāo)記。定適宜的遺傳標(biāo)記。選用合適的酶系，在等滲溶選用合適的酶系，在等滲溶液中溶解細(xì)胞壁。液中溶解細(xì)胞壁。：酶解后得到的原生質(zhì)體能夠：酶解后得到的原生質(zhì)體能夠在等滲的培養(yǎng)基中重建細(xì)胞壁，恢復(fù)細(xì)胞完整形在等滲的培養(yǎng)基中重建細(xì)胞壁，恢復(fù)細(xì)胞完整形態(tài)，并能生長(zhǎng)、分裂的過程稱為再生。態(tài)，并能生長(zhǎng)、分裂的

18、過程稱為再生?；瘜W(xué)誘導(dǎo)法：化學(xué)誘導(dǎo)法：在得到兩親本原生質(zhì)體后，等量在得到兩親本原生質(zhì)體后，等量混合兩親本的原生質(zhì)體，加入適量的混合兩親本的原生質(zhì)體，加入適量的PEGPEG（聚（聚乙二醇）和鈣離子溶液，保溫后，洗去多余的乙二醇）和鈣離子溶液，保溫后，洗去多余的PEGPEG，在選擇培養(yǎng)基上篩選出融合子。，在選擇培養(yǎng)基上篩選出融合子。電融合法：電融合法：借助電場(chǎng)的作用，引發(fā)細(xì)胞融合。借助電場(chǎng)的作用，引發(fā)細(xì)胞融合。原生質(zhì)體融合構(gòu)建苯環(huán)化合物降解菌原生質(zhì)體融合構(gòu)建苯環(huán)化合物降解菌原生質(zhì)體融合構(gòu)建纖維素降解菌原生質(zhì)體融合構(gòu)建纖維素降解菌聚已二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合制備細(xì)菌殺蟲劑聚已二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合制備細(xì)菌

19、殺蟲劑電融合誘導(dǎo)選育利用木糖和纖維二糖產(chǎn)乙醇電融合誘導(dǎo)選育利用木糖和纖維二糖產(chǎn)乙醇的菌株。的菌株。第四節(jié)第四節(jié) 酶學(xué)工程與環(huán)境污染生物酶學(xué)工程與環(huán)境污染生物治理治理7.4.1 7.4.1 酶學(xué)工程基本概念與研究現(xiàn)狀酶學(xué)工程基本概念與研究現(xiàn)狀指利用生物有機(jī)體內(nèi)酶所具有的特異催化功能，指利用生物有機(jī)體內(nèi)酶所具有的特異催化功能，借助固定化生物反應(yīng)器和生物傳感器等技術(shù)、裝借助固定化生物反應(yīng)器和生物傳感器等技術(shù)、裝置，高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)。置，高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)。目前酶工程主要研究酶的生產(chǎn)、純化和固定化技目前酶工程主要研究酶的生產(chǎn)、純化和固定化技術(shù)以及在環(huán)境污染治理、工業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生和

20、理術(shù)以及在環(huán)境污染治理、工業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生和理論探索等方面的應(yīng)用。論探索等方面的應(yīng)用。7.4.2 7.4.2 固定化酶固定化酶又稱水不溶酶，是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法將水溶又稱水不溶酶，是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法將水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)合，使酶變成不溶于水性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)合，使酶變成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。但仍保持催化活性的衍生物。 比較穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間保持酶的活性；比較穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間保持酶的活性； 可回收、再生、重復(fù)使用，適合于連續(xù)化、自可回收、再生、重復(fù)使用，適合于連續(xù)化、自動(dòng)化和管道化工藝；動(dòng)化和管道化工藝； 可制成酶布、酶片、酶柱等多種形式?？芍瞥擅覆?、酶片

21、、酶柱等多種形式。 根據(jù)需要篩選產(chǎn)酶量高并已于培養(yǎng)和分離提取的優(yōu)根據(jù)需要篩選產(chǎn)酶量高并已于培養(yǎng)和分離提取的優(yōu)良菌株。良菌株。 按照微生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的最適條件進(jìn)行培養(yǎng)，即發(fā)按照微生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的最適條件進(jìn)行培養(yǎng)，即發(fā)酵過程。酵過程。 用鹽析、等電電沉淀等方法對(duì)發(fā)酵液提純。用鹽析、等電電沉淀等方法對(duì)發(fā)酵液提純。 將酶制品濃縮、結(jié)晶，并在低溫下保存。將酶制品濃縮、結(jié)晶，并在低溫下保存。包括共價(jià)結(jié)合法、離子結(jié)合法、物理吸附法、包括共價(jià)結(jié)合法、離子結(jié)合法、物理吸附法、生物特異結(jié)合法四種。生物特異結(jié)合法四種。常用載體有：活性炭、多孔玻珠、高嶺土、氧常用載體有：活性炭、多孔玻珠、高嶺土、氧化鋁等化鋁等利用戊

22、二醛等交聯(lián)劑使酶與酶發(fā)生交聯(lián)而進(jìn)行利用戊二醛等交聯(lián)劑使酶與酶發(fā)生交聯(lián)而進(jìn)行固定。固定。將酶包裹在凝膠格子或由半透明膜組成的膠囊中。將酶包裹在凝膠格子或由半透明膜組成的膠囊中。逆膠束指表面活性劑等兩性分子在有機(jī)溶劑中自逆膠束指表面活性劑等兩性分子在有機(jī)溶劑中自發(fā)形成的聚集體。發(fā)形成的聚集體。逆膠束酶法指將酶以逆膠束的形式固定。逆膠束酶法指將酶以逆膠束的形式固定。酶在可溶狀態(tài)下反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)簡(jiǎn)單操作可沉淀，酶在可溶狀態(tài)下反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)簡(jiǎn)單操作可沉淀，回收利用?；厥绽谩Ｍㄟ^改變通過改變pHpH、溫度等理化參數(shù)，或由金屬離子的、溫度等理化參數(shù)，或由金屬離子的添加、去除等方法可獲得可溶、不溶兩種狀態(tài)的

23、添加、去除等方法可獲得可溶、不溶兩種狀態(tài)的天然及合成高分子物質(zhì)，將酶共價(jià)鍵合于這些物天然及合成高分子物質(zhì)，將酶共價(jià)鍵合于這些物質(zhì)中即可產(chǎn)生可逆可溶性固定化酶。質(zhì)中即可產(chǎn)生可逆可溶性固定化酶。裝備簡(jiǎn)單、不能進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。裝備簡(jiǎn)單、不能進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。能進(jìn)行連續(xù)進(jìn)、出廢水，效率高。能進(jìn)行連續(xù)進(jìn)、出廢水，效率高。7.4.3 7.4.3 固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞比游離細(xì)胞穩(wěn)定性高，催化效率高于固定化細(xì)胞比游離細(xì)胞穩(wěn)定性高，催化效率高于離體酶；離體酶；比固定化酶操作簡(jiǎn)便，成本低廉；比固定化酶操作簡(jiǎn)便，成本低廉；能完成多步酶反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)無需補(bǔ)加輔助因子；能完成多步酶反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)無需補(bǔ)加輔助因子；但固定

24、化細(xì)胞內(nèi)含有龐大而復(fù)雜的酶系，其中有但固定化細(xì)胞內(nèi)含有龐大而復(fù)雜的酶系，其中有些酶是不需要的，甚至對(duì)反應(yīng)是有害的，這是其些酶是不需要的，甚至對(duì)反應(yīng)是有害的，這是其不足之處。不足之處。使細(xì)胞自溶酶失活，細(xì)胞及使細(xì)胞自溶酶失活，細(xì)胞及可重復(fù)使用。往往使細(xì)胞中其它酶系和自溶可重復(fù)使用。往往使細(xì)胞中其它酶系和自溶酶一起失活而不能廣泛應(yīng)用。酶一起失活而不能廣泛應(yīng)用。加入絮凝劑，被絮凝后的細(xì)胞加入絮凝劑，被絮凝后的細(xì)胞再經(jīng)冷凍或干燥處理后，可提高酶活性的穩(wěn)再經(jīng)冷凍或干燥處理后，可提高酶活性的穩(wěn)定性和改善細(xì)胞壁的機(jī)械性能，是固定化細(xì)定性和改善細(xì)胞壁的機(jī)械性能，是固定化細(xì)胞可以反復(fù)使用。胞可以反復(fù)使用。處理效

25、能高，成本低，穩(wěn)定性高；處理效能高，成本低，穩(wěn)定性高；可通過再培養(yǎng)恢復(fù)酶的相對(duì)活力?？赏ㄟ^再培養(yǎng)恢復(fù)酶的相對(duì)活力。載體成本較高；載體成本較高；固定化材料對(duì)傳質(zhì)過程有阻礙，使酶活性大多低固定化材料對(duì)傳質(zhì)過程有阻礙，使酶活性大多低于游離細(xì)胞。于游離細(xì)胞。用海藻酸鈣包埋固定熱帶假絲酵母菌處理用海藻酸鈣包埋固定熱帶假絲酵母菌處理含酚廢水含酚廢水運(yùn)用多孔陶珠固定具脫色功能的混合菌細(xì)運(yùn)用多孔陶珠固定具脫色功能的混合菌細(xì)胞處理印染廢水胞處理印染廢水固定化藻細(xì)胞固定化藻細(xì)胞7.3.4 廢水進(jìn)化生物強(qiáng)化技術(shù)廢水進(jìn)化生物強(qiáng)化技術(shù)一、廢水凈化生物強(qiáng)化技術(shù)概述一、廢水凈化生物強(qiáng)化技術(shù)概述（Bioaugmentatio

26、n）或生物增強(qiáng)技）或生物增強(qiáng)技術(shù)就是為了提高處理系統(tǒng)的處理能力，而向該系統(tǒng)術(shù)就是為了提高處理系統(tǒng)的處理能力，而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)種群并通過基因組合中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)種群并通過基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以去除某一種或某一類有害技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)生物處理效率的方法。物質(zhì)，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)生物處理效率的方法。（Living Liquor Microorganism）含有經(jīng)過篩選的天然菌種或人工培植的含有經(jīng)過篩選的天然菌種或人工培植的變異菌種的生物制劑。變異菌種的生物制劑。芽孢桿菌、假單胞菌、亞硝化單芽孢桿菌、假單胞菌、亞硝化單胞菌、硝化桿

27、菌、纖維單胞菌、氣桿菌、紅色假單胞菌、硝化桿菌、纖維單胞菌、氣桿菌、紅色假單胞菌。（以美國(guó)胞菌。（以美國(guó)GES公司的公司的LLMO為例）為例）將生物活液投在進(jìn)廠的截流干管或進(jìn)水將生物活液投在進(jìn)廠的截流干管或進(jìn)水井內(nèi)。投加量根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)并經(jīng)過試驗(yàn)來確定。井內(nèi)。投加量根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)并經(jīng)過試驗(yàn)來確定。第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)酵工程在環(huán)境污染治理發(fā)酵工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用中的應(yīng)用7.5.1 7.5.1 發(fā)酵的基本概念發(fā)酵的基本概念v在微生物的產(chǎn)能代謝中，發(fā)酵指微生物細(xì)胞將有在微生物的產(chǎn)能代謝中，發(fā)酵指微生物細(xì)胞將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中

28、間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。同的代謝產(chǎn)物。v在發(fā)酵條件下，有機(jī)物只是部分被氧化，故發(fā)酵在發(fā)酵條件下，有機(jī)物只是部分被氧化，故發(fā)酵的結(jié)果只是積累某些有機(jī)物，產(chǎn)生多種多樣的發(fā)的結(jié)果只是積累某些有機(jī)物，產(chǎn)生多種多樣的發(fā)酵產(chǎn)品。酵產(chǎn)品。v可發(fā)酵的底物有糖類、有機(jī)酸等，其中以微生物可發(fā)酵的底物有糖類、有機(jī)酸等，其中以微生物發(fā)酵葡萄糖（即乙醇發(fā)酵）最為重要。發(fā)酵葡萄糖（即乙醇發(fā)酵）最為重要。v在微生物工業(yè)中，發(fā)酵術(shù)語(yǔ)指的是任何大規(guī)模過在微生物工業(yè)中，發(fā)酵術(shù)語(yǔ)指的是任何大規(guī)模過程，不管微生物代謝有或沒有外源最終電子受體程，不管微生物代謝有或沒有外源

29、最終電子受體的情況下發(fā)生的氧化作用，可在有氧或無氧的條的情況下發(fā)生的氧化作用，可在有氧或無氧的條件下進(jìn)行。件下進(jìn)行。v微生物的工業(yè)發(fā)酵就是利用各種微生物不同的發(fā)微生物的工業(yè)發(fā)酵就是利用各種微生物不同的發(fā)酵特性，發(fā)酵生產(chǎn)眾多有價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)品。酵特性，發(fā)酵生產(chǎn)眾多有價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)品。發(fā)酵原料可以是薯類、谷類、有機(jī)廢棄物等，預(yù)發(fā)酵原料可以是薯類、谷類、有機(jī)廢棄物等，預(yù)處理包括粗選、除雜、粉碎、蒸煮、水解等過程。處理包括粗選、除雜、粉碎、蒸煮、水解等過程。發(fā)酵前必須進(jìn)行微生物菌種種子的制備和發(fā)酵原發(fā)酵前必須進(jìn)行微生物菌種種子的制備和發(fā)酵原料的無菌消毒。料的無菌消毒。包括厭氧發(fā)酵（如乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵等）

30、和好包括厭氧發(fā)酵（如乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵等）和好氧發(fā)酵（如氨基酸發(fā)酵和抗生素發(fā)酵等）兩種方氧發(fā)酵（如氨基酸發(fā)酵和抗生素發(fā)酵等）兩種方法。法。指從發(fā)酵液中制取符合質(zhì)量指標(biāo)的制品，可采用指從發(fā)酵液中制取符合質(zhì)量指標(biāo)的制品，可采用過濾、離心除雜、吸附、沉淀、蒸餾等方法對(duì)發(fā)過濾、離心除雜、吸附、沉淀、蒸餾等方法對(duì)發(fā)酵液中的產(chǎn)品做進(jìn)一步的提煉。酵液中的產(chǎn)品做進(jìn)一步的提煉。7.5.2 7.5.2 發(fā)酵工程在環(huán)境污染治理中的發(fā)酵工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用應(yīng)用第六節(jié)第六節(jié) 生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)7.6.1 7.6.1 生態(tài)工程簡(jiǎn)介生態(tài)工程簡(jiǎn)介v生態(tài)工程（生態(tài)工程（Ecological En

31、gineering）指由人工設(shè)計(jì)）指由人工設(shè)計(jì)的、以生物種群為主要結(jié)構(gòu)組分、具有一定功能的、以生物種群為主要結(jié)構(gòu)組分、具有一定功能的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。它可以的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。它可以是人工設(shè)計(jì)的一個(gè)群落、生態(tài)系統(tǒng)或更宏觀的地是人工設(shè)計(jì)的一個(gè)群落、生態(tài)系統(tǒng)或更宏觀的地域性生態(tài)空間。域性生態(tài)空間。v生態(tài)工程構(gòu)建和運(yùn)行的主要理論依據(jù)是生態(tài)學(xué)原生態(tài)工程構(gòu)建和運(yùn)行的主要理論依據(jù)是生態(tài)學(xué)原理，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)還必須遵循社會(huì)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)理，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)還必須遵循社會(huì)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律。律。v環(huán)境生態(tài)工程的主要目的是為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，環(huán)境生態(tài)工程的主要目的是為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，也有可能在

32、保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，通過良好的物質(zhì)也有可能在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，通過良好的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程，獲得經(jīng)濟(jì)效益。循環(huán)和能量流動(dòng)過程，獲得經(jīng)濟(jì)效益。物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程無污染生態(tài)工程無污染生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程7.6.2 7.6.2 氧化塘法氧化塘法（Oxidation PondOxidation Pond）又稱穩(wěn)定塘，是利用藻）又稱穩(wěn)定塘，是利用藻類和細(xì)菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一類和細(xì)菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。種生態(tài)系統(tǒng)。氧化

33、塘的凈化原理是利用了細(xì)菌與藻類的互生關(guān)氧化塘的凈化原理是利用了細(xì)菌與藻類的互生關(guān)系。系。藻類進(jìn)行光合作用釋放氧氣；藻類進(jìn)行光合作用釋放氧氣；細(xì)菌利用藻類產(chǎn)生的氧氣分解流入塘內(nèi)的有機(jī)物；細(xì)菌利用藻類產(chǎn)生的氧氣分解流入塘內(nèi)的有機(jī)物；分解產(chǎn)物中的分解產(chǎn)物中的COCO2 2、N N、P P等無機(jī)物以及一部分小分等無機(jī)物以及一部分小分子有機(jī)物成為藻類的營(yíng)養(yǎng)源；子有機(jī)物成為藻類的營(yíng)養(yǎng)源；增殖的細(xì)菌和藻類細(xì)胞為微型動(dòng)物所捕食。增殖的細(xì)菌和藻類細(xì)胞為微型動(dòng)物所捕食。藻類和光合細(xì)菌的光合放氧過程；藻類和光合細(xì)菌的光合放氧過程；好氧反應(yīng)：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用好氧反應(yīng)：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等

34、；等；厭氧反應(yīng)：硝酸鹽還原反應(yīng)、硫酸鹽還原反應(yīng)、厭氧反應(yīng)：硝酸鹽還原反應(yīng)、硫酸鹽還原反應(yīng)、發(fā)酵反應(yīng)等；發(fā)酵反應(yīng)等；氧化塘內(nèi)的生物學(xué)過程氧化塘內(nèi)的生物學(xué)過程藻類細(xì)菌衰亡細(xì)胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀的固體處理出水O2 風(fēng)陽(yáng)光（厭氧性）（兼性）有機(jī)物微生物有機(jī)酸、醇等微生物CH4CO2NH3等位于氧化塘的表層，常見的有：小球藻位于氧化塘的表層，常見的有：小球藻屬、衣藻屬、眼蟲藻屬等；屬、衣藻屬、眼蟲藻屬等；大量存在于氧化塘下層，在好氣狀態(tài)下，大量存在于氧化塘下層，在好氣狀態(tài)下，無色桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)；無色桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)；在氧化塘底部的厭氧層

35、還有硫酸還原菌和甲烷在氧化塘底部的厭氧層還有硫酸還原菌和甲烷細(xì)菌。細(xì)菌。存在多種原生動(dòng)物、輪蟲、以及甲存在多種原生動(dòng)物、輪蟲、以及甲殼類等。殼類等。（Facultative Pond）塘深塘深1.01.02.5m2.5m，上層，上層DODO充足，好氧微生物占優(yōu)勢(shì)；充足，好氧微生物占優(yōu)勢(shì)；中層中層DODO不足，兼性微生物占優(yōu)勢(shì)；下層厭氧微生不足，兼性微生物占優(yōu)勢(shì)；下層厭氧微生物占優(yōu)勢(shì)?？蓱?yīng)用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活物占優(yōu)勢(shì)。可應(yīng)用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水。污水。塘深塘深2m2m以上，厭氧微生物占主導(dǎo)，可接納預(yù)處理以上，厭氧微生物占主導(dǎo)，可接納預(yù)處理各種高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。它后面通常還置有

36、兼各種高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。它后面通常還置有兼性塘和好氧塘。性塘和好氧塘。塘深塘深2 25m5m。機(jī)械曝氣充氧。機(jī)械曝氣充氧。v 綜合生物塘是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，將個(gè)具體特點(diǎn)的生態(tài)綜合生物塘是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，將個(gè)具體特點(diǎn)的生態(tài)單元，按照一定的比例和方式組合起來的具有污水凈單元，按照一定的比例和方式組合起來的具有污水凈化和無水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘技術(shù)化和無水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘技術(shù)水生維管束植物生態(tài)凈化功能水生維管束植物生態(tài)凈化功能藻藻-菌呼聲生態(tài)系統(tǒng)代謝活性菌呼聲生態(tài)系統(tǒng)代謝活性提高出水水質(zhì)的生態(tài)學(xué)措施提高出水水質(zhì)的生態(tài)學(xué)措施進(jìn)水流程流程：處理：處理BODBOD5 5150150200m

37、g/L200mg/L的污水，包括全部的生態(tài)單元，的污水，包括全部的生態(tài)單元，水力停留時(shí)間水力停留時(shí)間16.3d16.3d；流程流程：處理：處理BODBOD5 5100100150mg/L150mg/L的污水，水力停留時(shí)間的污水，水力停留時(shí)間 11.5d 11.5d ；流程流程或或 ：處理：處理BODBOD5 57070100mg/L100mg/L的污水，水力停留時(shí)間的污水，水力停留時(shí)間4 45d5d；沉砂厭氧植物藻菌生態(tài)修飾養(yǎng)殖灌溉出水植物藻菌7.6.3 7.6.3 水生植物水生植物污水格柵二級(jí)水生生物曝氣塘砂濾反滲透粒狀炭柱臭氧消毒出水選擇適宜的高等水生植物種類選擇適宜的高等水生植物種類營(yíng)養(yǎng)膜技術(shù)營(yíng)養(yǎng)膜技術(shù)7.6.4 7.6.4 人工濕地